Изотермические резервуары для сжиженного углекислого газа

База нормативной документации: www.complexdoc.ru
РУКОВОДЯЩИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ
РЕЗЕРВУАРЫ ИЗОТЕРМИЧЕСКИЕ ДЛЯ
СЖИЖЕННОГО УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА
НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА
РТМ 23-303-78
УТВЕРЖДЕН
И
ВВЕДЕН
__________________________
В
ДЕЙСТВИЕ
ПИСЬМОМ
Министерства химического и нефтяного машиностроения
от 26.12.1978 г. №11-10-4/2230
РАЗРАБОТАН
Всесоюзным
научно-исследовательским
и
проектным институтом технологии химического и
нефтяного
аппаратостроения
(ВНИИПТхимнефтеаппаратуры)
Директор института
В.А. Самойлов
Заместитель директора
института канд. техн. наук
А.Г. Ламзин
ИСПОЛНИТЕЛИ
Заведующий отделом № 24
Р.В. Козминский
Заведующий лабораторией
Ю.И. Черчагин
Руководитель темы,
руководитель бригады
В.Б. Кирнэсс
СОГЛАСОВАН
с Техническим
управлением
Министерства
химического и нефтяного машиностроения
Начальник Технического
управления, канд. техн. наук
А.М. Васильев
1
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Главный сварщик
Е.А. Афанасенко
Главный конструктор
В.Н. Иванов
Начальник отдела стандартизации Ю.О. Мухин
СОДЕРЖАНИЕ
1. ПРИНЯТЫЕ ТЕРМИНЫ И ОБОЗНАЧЕНИЯ
2. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ
3. ДОПУСКАЕМЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ ПРИ РАСЧЕТЕ
РАБОЧЕЕ И РАСЧЕТНОЕ ДАВЛЕНИЕ
4. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ВНУТРЕННЕГО СОСУДА И ЕГО
ЭЛЕМЕНТОВ
5. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ УЗЛОВ КРЕПЛЕНИЯ ВНУТРЕННЕГО
СОСУДА ИЗОТЕРМИЧЕСКИХ РЕЗЕРВУАРОВ
6. ПРОВЕРКА УСТОЙЧИВОСТИ СТЕНКИ ВНУТРЕННЕГО
СОСУДА ИЗОТЕРМИЧЕСКИХ РЕЗЕРВУАРОВ В МЕСТАХ
ДЕЙСТВИЯ ОПОР
7. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ КОЖУХА ИЗОТЕРМИЧЕСКИХ
РЕЗЕРВУАРОВ
8. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ИЗОТЕРМИЧЕСКИХ РЕЗЕРВУАРОВ
9. РАСЧЕТ КРЕПЛЕНИЯ РЕЗЕРВУАРОВ НА ТРАНСПОРТНОМ
СРЕДСТВЕ
10. РАСЧЕТ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Пример расчета транспортной цистерны типа
ЦЖУ-3,0-2,0
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Пример расчета предохранительного клапана
для резервуара типа НЖУ-50, 0-2, 0
РУКОВОДЯЩИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ
2
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Изотермические резервуары для
сжиженного углекислого газа.
Нормы и методы расчета.
РТМ 26-303-78
Вводится
впервые
Письмом
Министерства
химического
и
нефтяного
машиностроения от 26.12.1978 г. №11-10-4/2230 срок
введения установлен
с 1 марта 1979 г.
Настоящий
руководящий
технический
материал
(РТМ)
устанавливает нормы и методы расчета изотермических
резервуаров, предназначенных для хранения и транспортирования
автомобильным
и
железнодорожным
транспортом
низкотемпературного
сжиженного
углекислого
газа
под
давлением.
Методы и нормы расчета, изложенные в настоящем РТМ
применимы для горизонтальных изотермических резервуаров.
РТМ рекомендуется применять при расчетах на давление до 2,5
МПа. Примеры расчета представлены в справочном Приложении
1; 2.
3
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
1. ПРИНЯТЫЕ ТЕРМИНЫ И
ОБОЗНАЧЕНИЯ
4
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Термины
Обозначение
Внутренний диаметр обечайки внутреннего
сосуда.
D
Наружный диаметр обечайки внутреннего
сосуда.
DH
Наружный диаметр обечайки внутреннего сосуда
при наиболее низкой возможной температуре
углекислого газа, хранимого в резервуаре.
D'H
Средний диаметр обечайки внутреннего сосуда.
DСР
Внутренний диаметр обечайки кожуха.
DКОЖ
Наружный диаметр обечайки кожуха.
DH. КОЖ
Радиус кривизны в вершине днища.
R
Средний радиус обечайки внутреннего сосуда.
RСР
Внутренний радиус обечайки кожуха резервуара.
RКОЖ
Средний радиус растяжки.
RСР. Р
Внутренний диаметр трубопровода.
dТР
Диаметр проходного сечения седла
предохранительного клапана.
dС
Единицы
измерение
м (см)
5
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Термины
Обозначение
Выходной диаметр седла предохранительного
клапана.
d'С
Входной диаметр седла предохранительного
клапана.
d1
Выходной диаметр выходного патрубка
предохранительного клапана.
d2
Наружный диаметр золотника
предохранительного клапана.
d3
Внутренний диаметр корпуса
предохранительного клапана.
d4
Приведенная длина подводящего трубопровода.
L'
Длина кожуха.
LКОЖ
Приведенная длина внутреннего сосуда.
LПР
Длина цилиндрической части обечайки сосуда.
LОБ
Длина растяжки.
l
Длина растяжки на участке СД сосуда.
l1
Длина растяжки на участке ДЕ сосуда.
l2
Единицы
измерение
6
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Термины
Продольное расстояние между точками
строповки резервуара.
Расстояние от плоскости уплотнения затвора до
нижней поверхности корпуса предохранительного
клапана.
Обозначение
l3
l4
Прогиб пружины при закрытом
предохранительном клапане.
l5
Прогиб пружины при открытом
предохранительном клапане.
l6
Длина теплового моста.
li
Высота профилирующего конуса
предохранительного клапана.
lК
Длина цилиндрической части седла
предохранительного клапана.
lС
Общее изменение длины растяжки.
Dl
Величина перемещения золотника
предохранительного клапана при снятии упругих
деформаций в затворе до потери герметичности.
Уменьшение длины растяжки в результате
температурных деформаций.
Единицы
измерение
D lГ
D lР
7
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Термины
Обозначение
Высота столба сжиженного углекислого газа при
максимальном заполнении сосуда.
НЖ
Высота подъема золотника предохранительного
клапана.
h
Высота опоры сосуда.
hОП
Максимальная высота подъема золотника
предохранительного клапана.
hMAX
Высота опоры кожуха.
hОП. КОЖ
Толщина стенки обечайки внутреннего сосуда.
S
Толщина днища.
SД
Толщина подкладной плиты под внутренний
сосуд.
SП
Толщина ребра опор кожуха.
SР
Толщина обечайки кожуха.
d
Расстояние от нижней плоскости неподвижного
бурта до плоскости уплотнения седла
предохранительного клапана.
d1
Эквивалентная толщина кожуха в окружном
направлении
dС
Единицы
измерение
8
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Термины
Обозначение
Толщина изоляции резервуара
dИЗ
Плечо распределенной нагрузки qy,
действующей на внутренний сосуд.
a
Поперечный размер опоры внутреннего сосуда.
a1
Линейный размер опоры внутреннего сосуда.
a2
Расстояние между шпангоутами.
a3
Размер подкладной плиты в окружном
направлении внутреннего сосуда.
aП
Расстояние между опорами внутреннего сосуда.
b
Продольный (длина) размер опоры внутреннего
сосуда
b1
Линейный размер опоры внутреннего сосуда.
b2
Расстояние между стрингерами.
b3
Ширина металлической уплотняющей кромки
золотника предохранительного клапана.
b4
Размер подкладной плиты в продольном
направлении сосуда.
bП
Единицы
измерение
9
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Термины
Обозначение
Величина прибавки на компенсацию коррозии.
С
Величина прибавки на утонение днищ при
штамповке.
С1
Плечо распределенной нагрузки qy,
действующей на внутренний сосуд.
с
Статический прогиб рессор вагона под нагрузкой
брутто.
fcm
Радиус выходной части седла
предохранительного клапана.
r
Радиус профилирующего конуса
предохранительного клапана.
rК
Высота бурта на диске предохранительного
клапана.
D
Толщина полки профиля (уголка) шпангоута.
T
Текущая координата произвольного сечения
внутреннего сосуда.
x
Расстояние от нейтральной оси Z-Z сложного
сечения кожуха до оси x-x
Z
Расстояние от центра тяжести стенки кожуха до
нейтральной оси Z-Z.
Zб
Единицы
измерение
10
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Термины
Обозначение
Расстояние от центра тяжести полосы силового
кольца до нейтральной оси Z-Z.
ZП
Расстояние от центральной оси швеллера
силового кольца до нейтральной оси Z-Z.
ZШ
Расстояние от центральной оси сортового
профиля (уголка) кожуха до нейтральной оси Z-Z.
ZУ
Расстояние от центра тяжести стенки кожуха до
оси х-х.
Z'б
Расстояние от центра тяжести полосы силового
кольца кожуха до оси х-х.
Z'П
Расстояние от центра тяжести швеллера
силового кольца до оси х-х.
Z'Ш
Расстояние от центра тяжести сортового
профиля (уголка) кожуха до оси х-х.
Z'У
Смещение центра обечайки внутреннего сосуда в
результате температурных деформаций.
DZ
Уменьшение высоты опор внутреннего сосуда в
результате температурных деформаций.
DZ1
Уменьшение диаметра обечайки внутреннего
сосуда в результате температурных деформаций.
DZ2
Единицы
измерение
11
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Термины
Обозначение
Уменьшение длины дуги обечайки внутреннего
сосуда на участке СД в результате температурных
деформаций.
DZ3
Расстояние нейтральной оси Z-Z площади
поперечного сечения силового кольца до оси х-х.
ZКОЛ
Единицы
измерение
12
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Термины
Обозначение
Площадь поперечного сечения стенки кожуха на
длине, равной (30×d+t).
Fб
Площадь поперечного сечения сортового
профиля (уголка) шпангоута.
FУ
Площадь наружной поверхности внутреннего
сосуда.
F1
Площадь внутренней поверхности кожуха
изотермического резервуара.
F2
Площадь затвора предохранительного клапана
при полном подъеме золотника.
F3
Площадь узкого сечения седла
предохранительного клапана.
FС
Площадь поперечного сечения полосы силового
кольца кожуха.
FП
Площадь сечения трубопровода.
FТР
Площадь поперечного сечения швеллера
силового кольца кожуха.
FШ
Площадь щели при полном подъеме золотника
предохранительного клапана.
FЩ
Площадь поверхности обечайки внутреннего
сосуда.
Fоб
Единицы
измерение
м2(см2)
13
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Термины
Обозначение
Площадь проходного сечения принятого
диаметра седла предохранительного клапана.
F'С
Площадь поверхности обечайки кожуха.
F'об
Площадь поверхности днища кожуха.
F'ДН
Эквивалентное проходное сечение
предохранительного клапана.
Ф
Уточненное эквивалентное проходное сечение
предохранительного клапана.
Ф'
Площадь поперечного сечения болта.
fб
Площадь поперечного сечения стрингера.
fС
Площадь поперечного сечения растяжки.
fР
Площадь поперечного сечения опоры под
внутренний сосуд.
fОП
Площадь поперечного сечения опоры кожуха.
fОП. КОЖ
Площадь поперечного сечения силового кольца
кожуха.
fКОЛ
Площадь поперечного сечения кожуха.
fКОЖ
Единицы
измерение
14
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Термины
Обозначение
Площадь поперечного сечения теплового моста.
fi
Объем внутреннего сосуда.
V
Момент сопротивления поперечного сечения
внутреннего сосуда.
W
Момент сопротивления поперечного сечения
опоры сосуда.
WОП
Единицы
измерение
м3(см3)
Момент сопротивления поперечного сечения
силового кольца кожуха.
WКОЛ
Момент сопротивления поперечного сечения
кожуха.
WКОЖ
Момент сопротивления опоры кожуха.
WОП. КОЖ
15
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Термины
Обозначение
Момент инерции стенки кожуха на длине, равной
(30×d+t).
Jб
Момент инерции полосы силового кольца кожуха
относительно ее центральной оси.
JП
Момент инерции сортового профиля (уголка)
шпангоута.
JУ
Единицы
измерение
м4(см4)
Момент инерции швеллера силового кольца
кожуха относительно его центральной оси.
JШ
Момент инерции поперечного сечения силового
кольца кожуха.
JКОЛ
Момент инерции шпангоута вместе с обшивкой
кожуха.
JШП
16
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Термины
Обозначение
Вес внутреннего сосуда с сжиженным
углекислым газом.
G
Вес внутреннего сосуда.
GC
Вес сжиженного углекислого газа в сосуде.
GЖ
Вес изотермического резервуара (без
сжиженного углекислого газа).
GР
Вес подвижных частей предохранительного
клапана.
GП. Ч.
Вес вагона, брутто.
Gбрутто
Единицы
измерение
Н (кгс)
Максимальная сила, действующая на одну опору
кожуха.
QMAX
Усилие уплотнения предохранительного клапана.
QУПЛ
Усилие пружины закрытого предохранительного
клапана.
QПР. О
Усилие пружины при полном открытии
предохранительного клапана.
QПР. 2
Продольная, поперечная и вертикальная
составлявшая усилия, необходимого для подъема
резервуара.
P1X, P1Y, P1Z
17
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Термины
Обозначение
Усилие затяжки болтового соединения.
PЗАТ
Растягивающее усилие от действия сил Р1Z и FZ.
N'
Растягивающее усилие от действия силы Р1У.
N''
Растягивающее усилие от действия силы FУ.
N'''
Единицы
измерение
Суммарное растягивающее усилие.
-
Суммарная радиальная реакция от действия
опорного узла.
F
Вертикальная и поперечная составляющая
реакции опоры внутреннего сосуда.
FУ; FZ
Реакции опор внутреннего сосуда.
R A; R B
Усилие, возникающее в растяжке от действия
динамических нагрузок.
TД
Усилие затяжки растяжек для компенсации
температурных деформаций опор внутреннего
сосуда.
Tt
18
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Термины
Предварительное усилие затяжки растяжек
внутреннего сосуда.
Обозначение
Единицы
измерение
TПР
19
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Термины
Обозначение
Расчетное давление резервуара.
РР
Начальное давление сжиженного углекислого
газа в резервуаре.
РН
Избыточное давление за предохранительным
клапаном.
Р2
Давление закрытия предохранительного клапана.
Р3
Конечное давление сжиженного углекислого
газа в резервуаре.
РК
Критическое давление углекислого газа.
РКР
Давление полного открытия предохранительного
клапана.
РП.О.
Усеченное давление перед открытым
предохранительным клапаном.
Р'П.О.
Установочное давление предохранительного
клапана.
РУСТ
Рабочее давление во внутреннем сосуде.
РMAX
Давление во внутреннем сосуде от действия
динамических нагрузок.
РДИН
Единицы
измерение
МПа (кгс/
см2)
20
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Термины
Гидростатическое давление столба сжиженного
углекислого газа.
Обозначение
РГИДР
Максимально допускаемое давление газа в
резервуаре, разрешенное официальными нормами.
РMAX. 1
Фактическое максимальное давление во входном
сечении подводящего трубопровода в сосуде при
полностью открытом клапане.
РMAX. Ф
Напряжение затяжки болтового соединения.
sб
Предел прочности материала.
sВ
Предел текучести материала.
sТ
Напряжение в растяжке кожуха.
sР
Нормативное допускаемое напряжение.
s*
Напряжение в стенках днища.
sД
Напряжение, возникающее в растяжке от
действия динамических нагрузок.
s¶
Напряжение в обечайке внутреннего сосуда в
окружном направлении от действия, внутреннего
давления.
Единицы
измерение
sУ
21
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Термины
Обозначение
Напряжение в обечайке внутреннего сосуда от
действия сил в продольном направлении.
sХ
Напряжение от действия изгибающих нагрузок.
sИ
Приведенное мембранное напряжение стенок
внутреннего сосуда.
sМ
Напряжение среза.
t
Напряжение в обечайке внутреннего сосуда от
действия внутреннего давления в продольном
направлении.
s'Х
Единицы
измерение
Мембранное продольное напряжение в стенках
внутреннего сосуда от действия опорного узла.
-
Мембранное окружное напряжение в стенках
внутреннего сосуда от действия опорного узла.
-
Приведенное изгибное напряжение в стенках
внутреннего сосуда от действия опорного узла.
-
22
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Термины
Обозначение
Единицы
измерение
Изгибное продольное напряжение в стенках
внутреннего сосуда от действия опорного узла.
-
Мембранное продольное напряжение в стенках
внутреннего сосуда.
sМХ
Мембранное окружное напряжение в стенках
внутреннего сосуда.
sМУ
Изгибное окружное напряжение в стенках
внутреннего сосуда от действия опорного узла.
-
Критическое напряжение в стенках кожуха.
sКР
Сжимающие напряжения, действующие в
поперечных сечениях кожуха.
sСЖ
Критическое напряжение устойчивости ребер
опоры кожуха.
s'КР
Допускаемое напряжение материала болта.
[s]б
Допускаемое напряжение изгиба.
[s]И
Допускаемое напряжение сжатия.
[s]СЖ
23
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Термины
Обозначение
Допускаемое напряжение устойчивости ребер
опор кожуха.
[s]Р. КОЖ
Напряжение, возникающее в наиболее опасном
сечении силового кольца кожуха.
[s]КОЛ. MAX
Допускаемые напряжения среза.
[t]
Приведенное давление, углекислого газа перед
предохранительным клапаном изотермического
резервуара.
p1
Давление на уплотняющую кромку
предохранительного клапана от внешнего
давления.
qВН.
Удельное давление уплотнения золотника
предохранительного клапана.
qУПЛ.
Минимальное удельное давление, необходимое
для уплотнения золотника предохранительного
клапана.
qMIN.
Повышение давления до начала открытия
предохранительного клапана.
DР0
Модуль упругости материала.
Е
Погонная жесткость продольного сечения
кожуха.
DШП
Единицы
измерение
МПа×м
(кгс/см)
24
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Термины
Обозначение
Коэффициент линейного расширения материала
растяжки.
aР
Коэффициент линейного расширения материала
сосуда.
aС
Коэффициент линейного расширения материала
опоры сосуда.
aОП.
Плотность газообразного углекислого газа.
rГ
Плотность жидкого углекислого газа.
rЖ
Плотность углекислого газа при давлении
полного открытия предохранительного клапана.
rП. О
Плотность углекислого газа при уточненном
давлении перед предохранительным клапаном.
r'П. О
Плотность углекислого газа при давлении Pmax.
1.
rMAX
Единицы
измерение
1/град
кг/м3
25
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Термины
Обозначение
Наиболее низкая рабочая температура
углекислого газа, хранимого в резервуаре.
Т
Средняя температура углекислого газа в сосуде.
Т1
Расчетная температура окружающего воздуха.
ТВ
Температура сжиженного углекислого газа при
конечном давлении.
ТК
Температура сжиженного углекислого газа при
начальном давлении.
ТН
Единицы
измерение
К (°С)
Критическая температура углекислого газа.
ТКР
Температура окружающего воздуха при сборке
резервуара.
ТСБ
Средняя температура изоляции.
ТСР
Температура углекислого газа при давлении
полного открытия предохранительного клапана.
Приведенная температура углекислого газа
перед предохранительным клапаном.
Т1П. О
t1
26
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Термины
Обозначение
Теплоприток по тепловым мостам.
Qi
Теплоприток через изоляцию сосуда.
QИЗ.
Общий теплоприток к сосуду.
QОБЩ.
Критическая скорость углекислого газа в
подводящем трубопроводе.
aТР
Скорость вагона.
u
Скорость углекислого газа во входном сечении
подводящего трубопровода.
uMAX
Скорость углекислого газа в конце подводящего
трубопровода.
uП.О
Энтальпия сжиженного углекислого газа при
конечных параметрах.
iK
Единицы
измерение
Вт
м/сек
Дж/кг
Энтальпия сжиженного углекислого газа при
начальных параметрах.
iH
Газовая постоянная углекислого газа.
R'
Количество тепла, необходимое для перевода
сжиженного углекислого газа из начального
состояния в конечное.
Q
Дж/
кг×град
Дж
27
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Термины
Обозначение
Изгибавший момент в поперечном сечении
внутреннего сосуда от действия вертикальных
нагрузок.
М
Изгибающий момент от действия сил P1Z и FZ.
М'
Изгибающий момент от действия силы P1Y.
M''
Изгибающий момент от действия силы FY.
M'''
Изгибающие моменты над опорами внутреннего
сосуда.
M A, M B
Изгибающий момент в произвольном сечении
внутреннего сосуда.
MX
Единицы
измерение
Н×м
(кгс×см)
Суммарный (максимальный) изгибающий момент
в сечении внутреннего сосуда.
-
Распределенная нагрузка на опоры кожуха.
q
Интенсивность вертикальных нагрузок на сосуд.
qУ
Жесткость пружины.
X
Н/м (кгс/
см)
28
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Термины
Обозначение
Коэффициент теплопроводности материалов
изоляции резервуара.
l
Коэффициент теплопроводности материалов
тепловых мостов внутреннего сосуда.
li
Коэффициент теплопроводности материала
изоляции, внутреннего сосуда.
lИЗ
Среднесуточный прирост давления углекислого
газа в резервуаре.
DР
Время хранения сжиженного углекислого газа в
резервуаре.
tХР
Срок службы изотермического резервуара.
t
Проницаемость низколегированной стали в среде
углекислого газа.
П
Пропускная способность предохранительного
клапана.
GКЛ
Радиус скругления уплотняющего выступа
золотника предохранительного клапана.
tС
Единицы
измерение
Вт/м×град
МПа/
сутки
(кгс/
2
см /сутки)
ч
лет
мм/год
кг/сек
мм
Средний диаметр седла предохранительного
клапана по уплотняющей поверхности.
dСР
29
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Термины
Обозначение
Центральный угол между опорами внутреннего
сосуда.
2a
Центральный угол между опорами внутреннего
сосуда при его температурной деформации.
2a1
Угол между точками строповки.
1
2a 1
Угол крепления растяжек.
2a2
Центральный угол между строповыми
устройствами резервуара.
2b
Угол конусности седла предохранительного
клапана.
b1
Угол.
g
Текущий угол.
q
Угол между стропами.
2y
Единицы
измерение
рад (град)
30
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Термины
Обозначение
Коэффициент.
А
Коэффициент.
А1
Единицы
измерение
Коэффициент.
-
Коэффициент.
В
Коэффициент.
В1
-
Коэффициент.
-
Коэффициент.
С1
Коэффициент.
-
Коэффициент.
D1
31
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Термины
Обозначение
Единицы
измерение
Коэффициент.
-
Показатель адиабаты углекислого газа при
нормальных условиях.
K
Коэффициент.
K1
Коэффициент, зависящий от числа осей вагона.
K2
Коэффициент динамической нагрузки на
резервуар в вертикальном направлении.
K'Д
Коэффициент динамической нагрузки на
резервуар в продольном направлении.
K''Д
Объемный показатель адиабаты углекислого
газа.
KV
Коэффициент заполнения внутреннего сосуда.
KH
Коэффициент сжимаемости сжиженного
углекислого газа.
x
Коэффициент расширения углекислого газа в
зависимости от объемного показателя адиабаты.
e*
32
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Термины
Обозначение
Коэффициент, характеризующий степень
опасности среды, хранящейся в сосуде.
h
Отношение h/dС.
H
Коэффициент прочности сварного шва.
j
Коэффициент Пуассона.
m
Коэффициент отклонения свойств углекислого
газа от свойств реального газа.
mT
Коэффициент трения скольжения в стыке меду
платформой транспортного средства и основанием
опоры резервуара.
Единицы
измерение
mTP.
Показатель степени.
n
Число стрингеров кожуха резервуара.
n1
Число растяжек в резервуаре.
n2
Число болтов, крепящих резервуар к
транспортному средству.
n3
Число шпангоутов на кожухе.
n4
Число опор сосуда.
n5
33
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Термины
Обозначение
Коэффициент.
m
Число осей вагона.
mT
Коэффициент затяжки.
n
Функции затухания.
l11×l12×l13×l14
Скоростной коэффициент во входном сечении
подводящего трубопровода.
lВХ
Скоростной коэффициент в выходном сечении
подводящего трубопровода.
lВЫХ
Приведенный коэффициент сопротивления
подводящего трубопровода.
xТР
Коэффициент расхода предохранительного
клапана.
aКЛ
Коэффициент давления потока.
gMAX
Единицы
измерение
2. ОПИСАНИЕ
КОНСТРУКЦИИ
Существует два типа изотермических резервуаров для
сжиженного углекислого газа - стационарные и транспортные.
34
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Стационарные резервуары предназначены для накопления и
хранения, а транспортные - для перевозки сжиженного
углекислого газа.
К транспортным цистернам относятся также цистерны съемные,
которые могут устанавливаться на транспортном средстве и
сниматься с него.
Типовая
конструкция
изотермического
резервуара
сжиженного углекислого газа* показана на черт. 1.
для
* П р и м е ч а н и е : Низкотемпературная жидкая (газообразная) двуокись
углерода, получаемая из отбросных газов производства аммиака, спиртов,
нефтепереработки и т.п. по ГОСТ 8050-76 в технической литературе и
практической деятельности часто именуется термином - углекислота,
сжиженный углекислый газ. В тексте РТМ принят распространенный термин "сжиженный углекислый газ".
Изотермические резервуары представляют собой
теплоизолированные емкости, состоящие из внутреннего сосуда с
эллиптическими днищами (1), наружного кожуха (2), системы
трубопроводов, трубопроводной арматуры и системы
предохранительных устройств обеспечения безопасной
эксплуатации резервуара. Сосуд оборудован люком с крышкой.
Люк служит для периодических осмотров внутреннего сосуда.
Сосуд устанавливается в кожухе на четырех опорах (3),
расположенных на силовых кольцах (4) кожуха и закрепляется с
помощью четырех растяжек (5). Схема закрепления обеспечивает
надежную фиксацию от продольных и поперечных перемещений и
в то же время не препятствует свободе температурных
деформаций сосуда. Межстенное пространство между внутренним
сосудом и кожухом заполняется теплоизоляционным материалом
(6). Кожух изотермического резервуара представляет собой
сварную цилиндрическую оболочку, состоящую из каркаса с
силовыми кольцами, обшитого тонколистовой сталью. К каждому
силовому кольцу приварены по два грузоподъемных крюка. Кожух
резервуара имеет люки для засыпки и удаления
теплоизоляционного материала. Арматура состоит из запорных
вентилей: дренажного (7), газового (8) и жидкостного (9),
предохранительных клапанов (10), поплавкового бессальникового
уровнемера (11) для контроля заполнения сосуда. Давление
углекислого газа контролируется манометрами (12).
Стационарные накопители снабжены также автоматическим
устройством для контроля верхнего уровня заливаемого
сжиженного углекислого газа.
35
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Транспортные резервуары
выпускаемых полуприцепов.
монтируются
на
базе
серийно
Резервуар изотермический для сжиженного углекислого
газа
1. Сосуд внутренний
2. Кожух резервуара
3. Опора сосуда
4. Кольцо силовое
5. Растяжка
6. Теплоизоляция (перлитовый
песок)
7. Вентиль дренажный
8. Вентиль газовый
9. Вентиль жидкостной
10. Клапан предохранительной
11. Уровнемер поплавковый
12. Манометры
13. Шпангоут кожуха
14. Стрингер кожуха
36
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Черт. 1
3. ДОПУСКАЕМЫЕ
НАПРЯЖЕНИЯ ПРИ
РАСЧЕТЕ
РАБОЧЕЕ И РАСЧЕТНОЕ
ДАВЛЕНИЕ
3.1. Допускаемые напряжения при расчете на прочность.
3.1.1. За величину нормативного допускаемого напряжения
материала принимается меньшее из двух значений:
-
(1)
и
-
(2)
3.1.2. Значения sТ и sВ принимаются по соответствующим
стандартам или техническим условиям на материал.
3.1.3. При определении толщины стенки внутреннего сосуда
величина допускаемого напряжения принимается равной:
[s]=h×s*,
(3)
37
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
где:
h - поправочный коэффициент, характеризует
опасности среды, хранящейся в сосуде.
степень
В связи с тем, что сжиженный углекислый газ не относится к
категории ядовитых, взрывоопасных или пожароопасных веществ,
величина коэффициента в расчетах изотермических резервуаров
для сжиженного углекислого газа принимается равной h=1,0.
Материалы
для
изготовления
внутренних
сосудов
изотермических резервуаров выбираются в соответствии с
требованиями ГОСТ 19663-74.
При выполнении расчетов на прочность внутренних сосудов и
их элементов из стали 09Г2С допускаемые напряжения должны
соответствовать указанным в табл. 1.
Таблица 1
Толщина листа, м´10-3
Допускаемые напряжения, МПа (кгс/см2)
4-9
192 (1920)
10-20
184 (1840)
21-32
180 (1800)
33-60
176 (1760)
61-80
173 (1730)
свыше 80
170 (1700)
3.2. Рабочее и расчетное давление
3.2.1. Под рабочим давлением в сосуде или аппарате следует
понимать максимальное избыточное давление без учета
допустимого кратковременного повышения давления во время
действия предохранительного клапана.
38
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
3.2.2. Расчетным давлением называется давление, при котором
производится расчет на прочность сосудов и их элементов.
Расчетное давление следует определять по формуле:
РР=РMAX+РГИДР+РДИН.
(4)
Примечания:
1. В случае, когда гидростатическое давление столба сжиженного
углекислого газа и давление от действия динамических нагрузок во внутреннем
сосуде в сумме составляют менее 5 % от рабочего давления, то при определении
расчетного давления эти величины допускается не учитывать.
2. Для стационарных резервуаров РДИН=0.
3.2.3.
Гидростатическое
давление
столба
углекислого газа определяется по формуле:
РГИДР=rЖ×НЖ×10-5.
сжиженного
(5)
3.2.4. Давление на днище внутреннего сосуда в результате
действия динамических нагрузок (гидравлического удара)
определяется по формуле:
-
(6)
Плотность жидкой и газообразной фаз углекислого газа при
различных давлениях можно определить по графику (черт. 2).
39
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Черт. 2
4. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ
ВНУТРЕННЕГО СОСУДА И
ЕГО ЭЛЕМЕНТОВ
4.1. Расчетные нагрузки
При расчете на прочность внутреннего сосуда и его элементов
учитывают следующие основные нагрузки:
внутреннее избыточное давление в сосуде;
вертикальные нагрузки, которые складываются из веса
внутреннего сосуда с углекислым газом и динамических нагрузок;
горизонтальные продольные динамические нагрузки.
4.2. Динамические нагрузки
Динамические нагрузки учитываются введением в расчеты
динамических
коэффициентов,
показывающих
превышение
динамических нагрузок над статическими.
Значения динамических коэффициентов приведены в табл. 2.
Таблица 2
40
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Коэффициент динамической нагрузки
Вид транспортного
средства
в вертикальном
направлении К'Д
продольном направлении
К''Д
2,0
1,0
-
-
Автомобильный
Железнодорожный
где К1=0,05
К 2=
-
4.3. Определение толщины стенки обечайки внутреннего сосуда.
4.3.1.
Толщина
стенки
определяется по формуле:
обечайки
внутреннего
сосуда
-
.
(7)
4.3.2. Значение коэффициента прочности сварного шва j
принимают в зависимости от типа сварного шва по ГОСТ 14249-73.
4.3.3.
Величина
прибавки
определяется по формуле:
на
компенсацию
коррозии
С=t×П×10-3,
(8)
41
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Проницаемость низколегированной стали в среде углекислого
газа следует принимать: П=0,05 мм/год.
4.4. Толщина стенки днища внутреннего сосуда определяется по
формуле:
-
(9)
Для стандартных днищ R=D.
4.4.1. Величина C1 принимается равной 15 % от толщины стенки
днища.
4.4.2. Значение коэффициента прочности сварного шва j для
днищ принимают по ГОСТ 14249-73.
4.5. Расчет укрепления отверстий в обечайке и днищах
внутреннего сосуда следует производить по ОСТ 26-771-73.
4.6. Расчет на прочность крышек люков внутреннего сосуда,
болтов (шпилек) крепления крышек следует производить по ГОСТ
14249-73 и ОСТ 26-373-71.
4.7. Проверка прочности внутреннего сосуда на совместное
действие внутреннего давления, вертикальных и горизонтальных
нагрузок.
4.7.1. При определении напряжений, возникающих в стенках
обечайки внутреннего сосуда от действия вертикальных нагрузок,
внутренний сосуд рассматривается как балка, свободно лежащая
на опорах. Расчетная схема приведена на черт. 3.
4.7.2. Интенсивность вертикальных нагрузок, приведенных к
единице длины сосуда, определяется по формуле:
-
42
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
.
(10)
Для стационарных резервуаров К'Д=0.
Для транспортных цистерн коэффициент выбирается по таблице
2.
4.7.3. Приведенная длина внутреннего сосуда с достаточной
степенью точности определяется по формуле:
-
(11)
4.7.4. Изгибающие моменты под опорами (точки А и В)
определяются по формулам:
-
-
(12)
Изгибающий момент в
определяется по формуле:
произвольном
сечении
пролета
-
(13)
43
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Черт. 3
4.7.5. Реакции опор, действующие на сосуд, определяют по
формулам:
-
(14)
-
(15)
4.7.6. Напряжения изгиба в сечениях сосуда от действия
вертикальных нагрузок определяется по формуле:
-
(16)
44
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
4.7.7. Момент сопротивления поперечного сечения внутреннего
сосуда определяется по формуле:
W=0,785D2СР(S-C).
(17)
4.7.8. Напряжение в обечайке внутреннего сосуда в окружном
направлении от действия внутреннего давления определяется по
формуле:
-
(18)
4.7.9. Напряжение в обечайке внутреннего сосуда от действия
внутреннего давления в продольном направлении определяется по
формуле:
-
.
4.7.10.
Напряжение,
определяется по формуле:
(19)
возникающее
в
стенках
днища,
-
(20)
4.7.11. Условия прочности обечайки внутреннего сосуда при
совместном действии внутреннего давления, вертикальных и
горизонтальных нагрузок имеют вид:
45
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
+sИ£[s],
sу£[s],
sД£[s].
sХ=s'Х
(21)
(22)
(23)
5. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ
УЗЛОВ КРЕПЛЕНИЯ
ВНУТРЕННЕГО СОСУДА
ИЗОТЕРМИЧЕСКИХ
РЕЗЕРВУАРОВ
5.1. Расчет на прочность и определение необходимого усилия
затяжки растяжек.
5.1.1. При проверке прочности растяжек и определении
необходимого усилия затяжки растяжек необходимо учитывать
напряжения,
возникающие
в
результате
температурных
деформаций и от действия инерционных нагрузок.
Расчетная схема показана на черт.4.
46
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Черт. 4
5.1.2. Сборка изотермических резервуаров производится при
плюсовой температуре окружающего воздуха. При наполнении
резервуара сжиженным углекислым газом, температура стенок
внутреннего сосуда, растяжек и опор понижается, в результате
чего происходят температурные деформации внутреннего сосуда,
растяжек и опор и предварительное усилие затяжки растяжек
уменьшается.
Предварительное усилие затяжки растяжек при сборке должно
обеспечивать натяжение их при температурных деформациях
внутреннего сосуда, самих растяжек и опор.
5.1.3. Уменьшение длины (черт.4) растяжки в результате
температурных деформаций по сравнению с ее длиной при сборке
определяется по формуле:
ТСР)].
DlP=aP[l1(ТСБ-Т)+ l2(ТСБ(24)
5.1.4. Средняя температура изоляции, при наиболее низкой
возможной температуре углекислого газа определяется по
формуле:
-
(25)
5.1.5. Перемещение центра "0" (см. черт. 4) внутреннего сосуда
при температурных деформациях происходит в результате
уменьшения высоты опор и диаметра обечайки внутреннего сосуда
DZ=DZ1+DZ2.
(26)
5.1.6. Величина DZ1 определяется по формуле:
a.
DZ1=aОП×hОП(ТСБ-ТСР)cos
(27)
5.1.7. Величина DZ2 определяется по формуле:
47
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
-
(28)
где:
D'H=DCP[1-aC(ТСБ-T)]+S.
Центральный угол между опорами
деформации определяется по формуле:
(29)
после
температурной
-
(30)
5.1.8. Уменьшение длины дуги обечайки в результате
температурных деформаций на участке СД определяется по
формуле:
DZ3=aC×l1(ТСБ-Т).
(31)
5.1.9. Общее изменение длины растяжки в результате
температурных деформаций опор, сосуда и самой растяжки
относительно начальных условий сборки будет равно:
Dl=DZ+DZ3-DlP.
(32)
5.1.10. Необходимое усилие затяжки растяжки для компенсации
температурных деформаций опор, сосуда и самих растяжек
определяется по формуле:
-
48
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
(33)
5.1.11. Значения линейных коэффициентов расширения для
некоторых материалов приведены в табл.3.
Таблица 3
Сталь
Текстолит
Древесностружечная
плита
Материал (марка)
Коэффициент
линейного
расширения
09Г2С
10Г2
Х18Н10Т
ПТК, ПТ,
ПТ-1
ДСП
12, 00
12, 00
16, 60
20-40
4-30
-
5.1.12. Усилие, возникающее в растяжке от динамических
нагрузок для транспортных цистерн определяется по формуле:
-
(34)
5.1.13. Предварительное усилие затяжки растяжки
транспортных цистерн определяется по формуле:
ТПР=Тt+ТД.
для
(35)
5.1.14. Условие прочности растяжки для транспортных цистерн
имеет вид:
sР=st+sД£[s],
(36)
49
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
где:
-
(37)
-
(38)
5.1.15. Предварительное усилие затяжки растяжки для
стационарных
резервуаров,
исходя
из
необходимости
транспортирования к потребителю, определяется по формуле:
-
(39)
5.1.16. Условие прочности
резервуаров имеет вид:
растяжки
для
стационарных
-
(40)
5.2. Расчет на прочность опор внутреннего сосуда.
5.2.1. Расчет на прочность опор внутреннего сосуда включает:
проверку прочности опор на сжатие;
проверку прочности опор на изгиб;
50
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
проверку прочности опор на срез.
Конструкция опоры внутреннего сосуда показана на черт. 5.
Черт. 5
5.2.2. Проверка прочности опоры на сжатие производится по
формуле:
-
(41)
5.2.3. Проверка прочности опоры транспортных цистерн по
напряжениям изгиба производится по формуле:
-
(42)
5.2.4. Проверка прочности опоры по напряжениям изгиба
стационарных накопителей производится по формуле:
51
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
-
(43)
5.2.5.
Момент
сопротивления
определяется по формуле:
изгибу
сечения
опоры
-
(44)
5.2.6. Проверка условия прочности опоры транспортных цистерн
на срез производится по формуле:
-
(45)
5.2.7. Проверка условия прочности опоры
накопителей на срез производится по формуле:
стационарных
-
(46)
5.2.8. Значения допускаемых напряжений для некоторых марок
материала опор приведены в табл. 4.
Таблица 4
Допускаемые напряжения, МПа (кгс/см2)
Наименование и марка
материала
При сжатии
[s]СЖ
При изгибе
[s]И
При срезе
[t]
52
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Текстолиты
(ГОСТ 5-78)
1. ПТК, 1-й сорт
30 (300)
параллельно слоям
31 (310)
20,4 (204)
перпендикулярно слоям
51 (510)
22 (220)
2. ПТК, 2-й сорт
28 (280)
параллельно слоям
26 (260)
-
перпендикулярно слоям
46 (460)
-
3. ПТК-С
30 (300)
параллельно слоям
30 (300)
20,4 (204)
перпендикулярно слоям
50 (500)
19 (190)
4. ПТ, 1-й сорт
29 (290)
параллельно слоям
28 (280)
20,4 (204)
перпендикулярно слоям
48 (480)
19 (190)
5. ПТ, 2-й сорт
параллельно слоям
22 (220)
24 (240)
-
53
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
перпендикулярно слоям
40 (400)
-
Пластики древесно-слоистые
(ГОСТ 13913-68)
6. ДСП-А
Вдоль волокон рубашек цельные
36 (360)
-
-
Цельные
32 (320)
56 (560)
-
Составные
31 (310)
52 (520)
-
Цельные
25 (250)
36 (360)
-
Составные
24 (240)
30 (300)
-
7. ДСП-Б
Вдоль волокон рубашек
8. ДСП-В
Вдоль волокон рубашек
П р и м е ч а н и е . Пластики древесно-слоистые рекомендуется применять
только для опор стационарных резервуаров.
6. ПРОВЕРКА
УСТОЙЧИВОСТИ СТЕНКИ
54
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
ВНУТРЕННЕГО СОСУДА
ИЗОТЕРМИЧЕСКИХ
РЕЗЕРВУАРОВ В МЕСТАХ
ДЕЙСТВИЯ ОПОР
6.1. Напряженное состояние стенки обечайки внутреннего
сосуда от действия опорного узла является дополнительным к
основному, вызванному нагрузками сосуда в целом (избыточное
давление, собственный вес сосуда, вес продукта и т.п.).
6.2.
Условие
устойчивости
цилиндрической
обечайки,
подверженной действию основных нагрузок и опорных реакций,
проверяется по формуле:
-
(47)
где:
А - коэффициент, значения которого принимаются:
А=0,7 - для условий
гидравлических испытаний;
транспортирования,
монтажа
и
А=0,8 - для эксплуатационных условий.
6.3. Приведенное мембранное напряжение.
6.3.1. Приведенное мембранное напряжение определяется по
формуле:
-
55
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
(48)
6.3.2. Мембранное продольное напряжение и
окружное напряжение определяется по формулам:
мембранное
-
(49)
-
(50)
6.3.3. Напряжения sX и sу определяются соответственно по
формулам 18 и 21.
6.3.4. Мембранное продольное напряжение
опорного узла определяется по формуле:
от
действия
-
(51)
где:
-
.
(52)
56
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
-
- коэффициент, определяемый по графику (черт. 7)
l11 - функция затухания, определяемая по графику (черт. 8).
Черт. 6
6.3.5. Суммарная радиальная реакция одной пары опор (черт. 6)
определяется по формуле:
-
(53)
6.3.6. Мембранное окружное напряжение от действия опорного
узла, определяемое по формуле:
-
(54)
где:
-
57
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
(55)
-
- коэффициент, определяемый по графику (черт. 9).
l12 - функция затухания, определяемая по графику (черт. 10).
Черт. 7
58
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Черт. 8
59
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Черт. 9
60
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Черт. 10
6.4. Приведенное изгибное напряжение от действия опорного
узла.
6.4.1. Приведенное изгибное напряжение от действия опорного
узла определяется по формуле:
-
(56)
6.4.2. Изгибное продольное напряжение от действия опорного
узла определяется по формуле:
-
61
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
(57)
-
(58)
где:
-
- коэффициент, определяемый по графику (черт. 11)
l13 - функция затухания, определяемая по графику (черт. 12).
6.4.3. Изгибное окружное напряжение от действия опорного
узла определяется по формуле:
-
(59)
-
(60)
где:
-
- коэффициент, определяемый по графику (черт. 13)
l14 - функция затухания, определяемая по графику (черт. 14).
62
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
6.5. Если обечайка внутреннего сосуда под опорой укреплена
подкладкой, то в формулах 51, 54, 57, 59 вместо величины S
следует брать величину S+Sn.
Размеры подкладной плиты (см. черт. 6) следует принимать:
Толщина плиты Sn³S
Размер плиты в продольном направлении сосуда bn³1,5b1.
Размер плиты в окружном направлении сосуда an³0,5a1.
Черт. 11
63
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Черт. 12
64
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Черт. 13
65
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Черт. 14
7. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ
КОЖУХА ИЗОТЕРМИЧЕСКИХ
РЕЗЕРВУАРОВ
7.1. Расчет кожуха изотермических резервуаров на прочность
включает:
проверку на прочность силовых колец;
проверку на устойчивость цилиндрической формы обшивки
кожуха;
проверку на прочность опор кожуха.
7.2. Расчет на прочность силовых колец.
7.2.1. Расчетная схема силового кольца показана на черт. 15.
66
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Черт. 15.
7.2.2. Из принятой схемы строповки
действующие на силовое кольцо:
определяются
силы,
для съемных транспортных цистерн
-
,
(61)
для стационарных накопителей
-
(62)
где: 1,5 - коэффициент динамичности при подъеме резервуара
Fу=FZ×tga,
g,
(63)
Р1у=Р1Z×tgy×sin
(64)
67
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Р1X=Р1Z×tgy×cos
(65)
g.
7.2.3. Исходя из сил, действующих на силовое кольцо,
определяются изгибающие моменты и растягивающие усилия,
действующие в сечениях силового кольца.
Для нахождения их максимальных значений, определение
величин моментов и сил производится последовательно через
каждые 15...30 градусов в диапазоне 0<q<p.
7.2.4 Определение изгибающих моментов М'' и растягивающих
усилий N' от сил Р1Z и FZ производится по следующим формулам
(см. табл. 5).
Таблица 5
N' (H)
M' (Н×м)
0£q£a
0£q£a
Р1Z[0,3183cosq(sin2bsin2a)]
Р1ZRКОЖ[0,3183(bsinb+cosb-asina-cosasin2acosq+sin2bcosq)-sinb+sina]
a£q£b
a£q£b
Р1Z[0,3183cosq(sin2bsin2a)+sinq]
Р1ZRКОЖ[0,3183(bsinb+cosb-asina-cosasin2acosq+sin2bcosq)-sinb+sinq]
b£q£p
b£q£p
Р1Z[0,3183cosq(sin2bsin2a)]
Р1ZRКОЖ[0,3183(bsinb+cosb-asina-cosasin2acosq+sin2bcosq)]
7.2.5. Определение изгибающих моментов M'' и растягивающих
усилий N'' от сил P1у производится по следующим формулам (см.
табл. 6).
Таблица 6
68
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
N'' (H)
M'' (Н×м)
0£q£a
0£q£a
Р1у[0,3183(asinacosa)-1]cosq
Р1уRКОЖ[0,3183(sina-acosa+acosq-sinacosacosq)cosq+cosa]
a£q£p
a£q£p
Р1у[0,3183(asinacosa)cosq]
Р1уRКОЖ[0,3183(sina-acosa+acosq-sinacosacosq)]
7.2.6. Определение изгибающих моментов M''' и растягивающих
усилий N''' от сил Fу производится по следующим формулам (см.
табл. 7)
Таблица 7
N''' (H)
M''' (Н×м)
0£q£a
0£q£a
Fу[0,3183(asinacosa)-1]cosq
FуRКОЖ[0,3183(sina-acosa+acosq-sinacosacosq)cosq+cosa]
a£q£p
a£q£p
Fу[0,3183(asinacosa)cosq]
FуRКОЖ[0,3183(sina-acosa+acosq-sinacosacosq)]
7.2.7. По эпюрам изгибающих моментов и растягивающих
усилий от сил P1у, P1Z, Fу, FZ строятся суммарные эпюры
изгибающих моментов Мсум и растягивающих усилий Nсум и
определяются их максимальные значения.
7.2.8. Условие прочности силового кольца имеет вид:
69
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
-
.
(66)
7.2.9. Поперечное сечение силового кольца имеет коробчатое
сечение. Момент сопротивления поперечного сечения силового
кольца определяется как для сложного сечения (черт. 16).
Черт. 16
7.2.10. Расстояние от
определяется по формуле:
нейтральной
оси
Z-Z
до
оси
X-Х
-
(67)
7.2.11. Момент инерции поперечного сечения силового кольца
определяется по формуле:
JКОЛ=Jn+Fn×Z2n+FШ×Z2Ш+JШ.
(68)
7.2.12. Момент сопротивления поперечного сечения силового
кольца определяется по формуле:
-
70
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
(69)
7.3. Проверка на устойчивость цилиндрической формы кожуха.
7.3.1. Условие устойчивости цилиндрической формы кожуха для
стационарных и транспортных резервуаров имеет вид:
sСЖ£sКР.
(70)
7.3.2. Критическое напряжение, при котором стенка кожуха
может получить смятие, определяется по формуле:
-
(71)
7.3.3. Эквивалентная толщина кожуха в окружном направлении
определяется по формуле:
-
(72)
-
(73)
7.3.4. Погонная жесткость на изгиб продольного сечения кожуха
определяется по формуле:
71
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
-
(74)
где:
-
(75)
Черт. 17
7.3.5. JШП - момент инерции сечения шпангоута вместе с
обшивкой определяется как для сложного сечения (черт. 17) по
формуле:
JШП=Jd+Fd×Z2d+Fу×Z2у+Jу,
(76)
-
(77)
m - коэффициент Пуассона для стали.
Fd=(30×d+t)×d,
(78)
-
72
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
(79)
7.3.6. Сжимающие напряжения, действующие в поперечных
сечениях кожуха, определяются по формуле:
-
(80)
где:
fКОЖ=pDКОЖ×dС,
(81)
-
(82)
7.4. Проверка на прочность опор кожуха.
7.4.1. Сечение опоры кожуха показано на черт. 18.
Черт. 18
Толщина ребер должна удовлетворять условию прочности на
изгиб и устойчивость.
73
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
7.4.2. Сжимающие напряжения
определяются по формуле:
в
ребрах
опор
кожуха
-
(83)
7.4.3. Максимальная сила QMAX определяется при рассмотрении
резервуара как балки, свободно лежащей на опорах и нагруженной
распределенной нагрузкой q, определяемой по формуле:
-
(84)
Для стационарных резервуаров К'д=0.
7.4.4. Условие устойчивости ребер имеет вид:
sСЖ£[s]Р.
КОЖ.
Допускаемое напряжение
меньшим из двух значений:
(85)
на
устойчивость
принимается
-
или
(86)
-
74
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
(87)
s'КР - определяется (черт. 18) по формуле:
-
(88)
7.4.5. Условие прочности ребер на изгиб имеют вид:
для транспортных резервуаров
-
(89)
для стационарных резервуаров
-
(90)
7.4.6. В случае размещения сосуда кожухе резервуара на
седловых опорах, расчет последних следует производить по РТМ
26-11.0-77.
75
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
8. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ
ИЗОТЕРМИЧЕСКИХ
РЕЗЕРВУАРОВ
8.1. При тепловом расчете изотермических резервуаров
определяются: теплопритоки к углекислому газу, необходимая
толщина изоляции, среднесуточный прирост давления и срок
хранения продукта.
8.2. Определение теплопритока к углекислому газу.
8.2.1. Общий теплоприток к углекислому газу складывается из
теплопритока через изоляцию и из теплопритоков по тепловым
мостам (трубопроводам, опорам, растяжкам).
Общий теплоприток определяется по формуле:
QОБЩ=QИЗ+SQi.
(91)
8.2.2. Теплоприток через изоляцию определяется по формуле:
-
(92)
8.2.3. Средняя температура углекислого газа определяется по
формуле:
-
(93)
76
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
8.2.4. Теплоприток
формуле:
по
тепловому
мосту
определяется
по
-
(94)
8.2.5. Коэффициент теплопроводности некоторых материалов
приведен в табл. 8.
Таблица 8
Перлитовый
песок
Текстолит
Сталь
Древеснослоистый
пластик
09Г2С 10Г2 Х18Н10Т
ДСП
Материал
(марка)
l вт/м×град
75
100
ПТК, ПТ,
ПТ-1
0,047
0,052
0,23-0,34
50
50
16,2
0,256-0,290
8.3. Определение времени хранения продукта.
8.3.1.
Время
хранения
определяется по формуле:
сжиженного
углекислого
газа
-
(95)
8.3.2. Количество тепла, необходимое для перевода сжиженного
углекислого газа из начального состояния в конечное,
определяется по формуле:
77
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Q=GЖ(iK-iH)×10-1.
(96)
8.4. Определение среднесуточного прироста давления.
Среднесуточный прирост давления
резервуаре определяется по формуле:
углекислого
газа
в
-
(97)
9. РАСЧЕТ КРЕПЛЕНИЯ
РЕЗЕРВУАРОВ НА
ТРАНСПОРТНОМ СРЕДСТВЕ
9.1. Изотермический резервуар крепится на транспортном
средстве болтами или шпильками.
9.2. Необходимое усилие
определяется по формуле:
затяжки
болтового
соединения
-
(98)
где: n=1,8 … 2,0;
mТР= 0,15 ... 0,2 (сталь по стали).
9.3. Условие прочности болта имеет вид:
78
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
-
(99)
При необходимости рекомендуется применять конструктивные
элементы в виде упоров, штифтов, шпонок и др. для разгрузки
болтов от продольной нагрузки.
В этом случае n=1,0.
10. РАСЧЕТ
ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫХ
УСТРОЙСТВ
10.1. Предохранительные устройства являются видом арматуры,
используемой для автоматического выпуска избытка жидкой,
паро- или газообразной среды из системы высокого давления, при
чрезмерном повышении давления в ней, в систему низкого
давления или в атмосферу и обеспечивающие безопасную
эксплуатацию
установок
и
предотвращение
аварий.
Предохранительные
устройства
выполняются
в
виде
предохранительных клапанов или разрывных элементов мембран.
10.2. Ha внутренних сосудах изотермических резервуаров для
низкотемпературного сжиженного углекислого газа должны
устанавливаться
пружинные
полноподъемные
клапаны
двухпозиционного действия.
Для таких клапанов справедливо условие:
hMAX³0,025dC.
Предохранительные клапаны
отдельном трубопроводе.
(100)
должны
устанавливаться
на
10.3. Принцип работы полноподъемного двухпозиционного
клапана и соотношение давлений во внутреннем сосуде и перед
клапаном.
79
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
10.3.1. На черт. 19 представлена схема движения золотника
двухпозиционного клапана в зависимости от давления перед
клапаном.
Черт. 19
10.3.2.
В
соответствии
с
принципом
действия
предохранительных
клапанов
их
работа
характеризуется
приведенными
ниже
соотношениями
между
величинами
максимально допустимого и расчетного давлений в сосудах и
давлениями открытия и закрытия предохранительных клапанов.
Максимально допустимое давление РMAX.1 - максимально
допустимое давление углекислого газа в сосуде, разрешенное
официальными нормами, при сбросе из него углекислого газа
через предохранительный клапан.
Для изотермических резервуаров для сжиженного углекислого
газа РMAX.1 принимается:
РР.
РMAX.1£1,1
(101)
Давление начала открытия (установочное давление РУСТ) давление начала подъема золотника предохранительного клапана.
Для изотермических резервуаров для сжиженного углекислого
газа РУСТ принимается:
РУСТ=РР.
(102)
Давление полного открытия РП.О. - давление, которое
устанавливается перед предохранительном клапаном при полном
его открытии. Давление полного открытия соответствует условию:
80
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
РР.
РУСТ<РП.О£1,1
(103)
Давление закрытия предохранительного клапана РЗ - давление,
при котором предохранительный клапан закрывается после
срабатывания. Для изотермических резервуаров сжиженного
углекислого газа РЗ соответствует условию:
РУСТ>РЗ³0,7РР.
(104)
10.4. Требования к работе предохранительных клапанов.
К предохранительным клапанам предъявляются следующие
требования:
10.4.1. Пропускная способность предохранительного клапана
должна быть такой, чтобы давление в резервуаре, образующееся
при полном открытии клапана (РП.О), не превышало максимальное
рабочее давление более чем на 10 %.
10.4.2. В открытом состоянии клапан должен работать устойчиво
без вибраций.
10.4.3. Клапан должен закрываться при давлении РЗ³0,7РР и при
дальнейшем возрастании давления до рабочего обеспечивать
соответствующую герметичность.
10.4.4. В закрытом состоянии клапан должен обеспечивать
требуемую герметичность при давлении, равном 0,9РMAX.
10.5. Расчет предохранительного клапана.
10.5.1. Размеры предохранительного клапана рассчитываются из
учета необходимой пропускной способности его при заданном
допускаемом повышении давления.
10.9.2. Пропускная способность клапана GКЛ представляет собой
массовый расход углекислого газа через предохранительный
клапан в единицу времени.
10.5.3. Количество углекислого газа GКЛ, которое должно быть
сброшено через предохранительный клапан, определяется в
зависимости от аварийного расхода в защищаемой системе.
81
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
10.5.4.
Определение
предохранительного клапана.
размеров
проточной
части
Определяющим для всех размеров проходных сечений клапана
является диаметр узкого сечения седла dC, который определяется
площадью сечения FC.
-
(105)
-
(106)
Рекомендуется
выбирать
размеры
соответствии с черт. 20 и табл. 9.
проточной
части
в
82
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Черт. 20
Таблица 9
Определяемый параметр
Формула
Высота подъема золотника
h³0,4dC
Диаметр седла:
входной
d1=(1,5...2,0)dC
выходной
d'1=(1,0...1,1)dC
Угол конусности седла
b1=6...10°
Радиус выходной части седла
-
Длина цилиндрической части седла
lC=(0,8...1,0)dC
Наружный диаметр золотника
d3=(1,5...2,5)dC
Высота бурта на диске
D=0,2dC
Расстояние от нижней плоскости неподвижного бурта до
плоскости уплотнения седла клапана
d1=0,1dC
Внутренний диаметр корпуса
d4=(1,0...3,0)(dC+d3)
83
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Площадь сечения после затвора при полном подъеме
золотника
F3>FЩ=pd'Ch
Расстояние плоскости уплотнения затвора от нижней
поверхности корпуса
l4³dC
Радиус профилирующего конуса
-
Высота профилирующего конуса
-
Необходимое
эквивалентное
проходное
сечение
предохранительного клапана определяется по формуле:
Ф
-
(107)
где:
e*
коэффициент
расширения
углекислого
газа,
определяемый по графику черт. 21 в зависимости от
объемного показателя адиабаты Кn.
Объемный показатель адиабаты углекислого газа определяется
по формуле:
-
84
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
(108)
где: К=1,31,
mТ=1,0,
x - коэффициент сжимаемости углекислого газа, определяемый
по графику черт. 22 в зависимости от приведенных координат
p и t 1.
Приведенные температура и давление углекислого газа перед
клапаном определяются по формулам:
-
-
(109)
где: РКР=7,29 МПа
ТКР=304,3 К
Коэффициент
расхода
aКЛ
предохранительного
определяется по графику черт. 23.
клапана
Определенный по формуле (105) диаметр седла dC округляется
до ближайшего большего значения из следующего ряда:
12; 15; 20; 25; 32; 40; 50; 60; 80; 100 мм.
Площадь проходного сечения принятого диаметра седла клапана
определяется по формуле:
-
85
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
(110)
Уточненное
эквивалентное
проходное
предохранительного клапана определяется по формуле:
Ф'=aКЛF'C.
течение
(111)
Пропускная способность клапана с принятым диаметром сопла
проверяется по формуле:
-
(112)
Черт. 21
86
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Черт. 22
Черт. 23
где: В - коэффициент, определяемый по табл. 5.4.5. Правил
устройства и безопасной эксплуатации сосудов под давлением,
утвержденных Госгортехнадзором СССР.
Фактическое максимальное давление во входном сечении
подводящего трубопровода (в сосуде) при полностью открытом
клапане определяется по формуле:
-
(113)
где:
-
Скорость углекислого газа во входном сечении подводящего
трубопровода определяется по формуле:
87
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
uMAX=lВХ×аТР,
(114)
где:
-
(115)
Скоростной коэффициент lВХ определяется по графику (черт. 24)
в зависимости от приведенной длины подводящего трубопровода L'
и скоростного коэффициента на выходе трубопровода lВЫХ.
Приведенная длина подводящего трубопровода определяется по
формуле:
-
(116)
где: xТР - приведенный коэффициент сопротивления подводящего
трубопровода с учетом всех местных сопротивлений
определяется согласно табл. 10.
Скоростной коэффициент в выходном сечении трубопровода
определяется по формуле:
-
(117)
где:
88
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
-
(118)
-
(119)
Черт. 24
Таблица 10
Коэффициенты местного сопротивления
Эскиз
Расчетные формулы и
величины
Внезапное расширение
сечения x=(1-f1/f2)2
Внезапное сужение сечения
x=0,5(1-f1/f2)
Эскиз
Расчетные
формулы и
величины
Выход
x=1,0
из
трубы
Колена сварные
j=90° x=1,3;
89
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
j=60° x=0,7;
j=45° x=0,3;
j=30° x=0,2
j=22,5° x=0,1
Расходящийся конус
Колено сварное
x=k(1-f1/f2)2
j=90° x=0,6
k=0,12...0,20
пропорционально углу a
Вход в трубу:
а) острая кромка x=0,5;
Колено сварное
j=90° x=0,5
б) закругленная кромка x=0,1
90
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Плавный поворот на угол j
xj=x90°j/90°
в) двойной поворот
с перегибом под
углом 90°
x=4x1,
1
2
3
4
5
x1 - коэффициент
местного
сопротивления
поворота под углом
в 90°
-
x90° 0,29 0,15 0,12 0,10 0,08
Коэффициент
сопротивления
трения в трубе
Двойные повороты
а) калач
x=2x1;
-
б) пространственный поворот,
состоящий из двух поворотов
под углом 90°, расположенных
друг к другу под прямым
углом, x=3x1;
-
L
длина
трубопровода, мм;
d
внутренний
диаметр
трубопровода, мм;
D - абсолютная
шероховатость
трубы (стальная D=0,1¸0,3 мм).
Фактическое максимальное давление РMAX. Ф должно быть не
более 1,1РР.
91
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
В случае, если РMAX. Ф³1,1РР, то следует сделать пересчет,
увеличив диаметр подводящего трубопровода dTP.
10.5.5. Расчет уплотнения предохранительного клапана.
Уплотнение
затвора
предохранительных
клапанов
для
углекислого газа в паре золотник-седло может осуществляться в
следующем сочетании материалов:
металл по металлу;
металл по неметаллу.
В
качестве
металлического
уплотнения
применять сталь марки ОХ18Н10Т и т.п.
рекомендуется
В качестве неметаллического уплотнения рекомендуется
применять полимерные материалы. Например - фторопласт,
дифлон и т.п.
Ширину
равной
металлической
управляющей
b4=(0,05...0,3)×10-2.
кромки
принимают
(120)
Минимальное удельное давление, необходимое для уплотнения
определяют следующим образом:
для уплотнения металл по металлу величина удельного
давления определяется по графику черт. 25 в зависимости от
значения "y"
у=1,1×PP-0,25×dC-0,1×b40,54,
(121)
Здесь: PP - кгс/см2, dC - см, b - см.
92
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Черт. 25
для уплотнения металла по полимеру
qmin=0,2(3+0,2PP).
(122)
Повышение давления до начала открытия клапана принимается
равным:
DP0=PУСТ-0,9PP=0,1×PP.
(123)
Усилие уплотнения определяется по формуле:
-
(124)
для уплотнения металла по металлу DlГ=0.
Для уплотнения металл по неметаллу
DlГ=10-9m(17-0,2dCP)(qmin)n,
(125)
Формула справедлива для dCP£80мм,
где:
n=1,1rC+2,8,
(126)
93
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
-
(127)
При определении коэффициентов m и n по формулам (126) и
(127) величину rC следует подставлять в мм.
rC=0,1...5 мм
Черт. 26
Для создания герметичности в затворе клапана необходимое
давление определяется по формуле:
-
(128)
В случае невозможности обеспечения в клапане удельного
давления более qmin, т.е. при qУПЛ<qmin, допускаемые протечки в
затворе клапана должны быть не более 10 см3/мин на каждый см
условного прохода клапана.
Усилие пружины закрытого клапана QПР. О определяется по
формуле:
94
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
-
(129)
Давление на уплотняющую кромку от внешнего давления
(пружины и веса подвижных частей) при условии отсутствия
давления перед клапаном должно быть меньше текучести
материала затвора, т.е.
-
(130)
10.5.6. Расчет пружины предохранительного клапана.
Усилие сжатия пружины при полном открывании клапана QПР. 2
определяется по формуле:
-
(131)
Коэффициент
давления
номограмме (черт. 27).
потока
gMAX
определяется
по
Жесткость пружины X определяется по формуле:
-
(132)
Прогиб пружины при закрытом клапане определяется по
формуле:
95
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
-
(133)
Черт. 27
Прогиб пружины при. открытом клапане определяется по
формуле:
l6=l5+hMAX.
(134)
96
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Справочное
Пример расчета
транспортной цистерны типа
ЦЖУ-3,0-2,0
1. Для выполнения примера расчета принята универсальная
съемная цистерна ЦЖУ-3,0-2,0 по ГОСТ 19662-74 с установкой на
транспортном средстве.
2. Исходные данные:
V=3,0 м3
Т=229 К
КН=0,96
ТВ=303 К
РН=0,8 МПа
ТК=254,4 К
РК=2,0 МПа
D=1,2 м
rЖ=1128,7 кг/м3
t=12 лет
GЖ=29500 Н
GР=22000 Н
GС=9850 Н
iK=77,98 ккал/кг
ТСБ=293 К
iN=89,65 ккал/кг
Материал внутреннего сосуда - сталь 09Г2С, ГОСТ 19282-73.
Материал опор сосуда - текстолит ПТ, 2-й сорт, ГОСТ 5-78.
Материал растяжек - сталь Х18Н10Т, ГОСТ 7350-77.
Материал трубопроводов - сталь 12Х18Н10Т, ГОСТ 9940-72.
3. Допускаемые напряжения при расчете. Рабочее и расчетное
давление
97
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
3.1. Для проведения расчетов принимаем следующие основные
допускаемые напряжения:
- для стали 09Г2С при толщине листа S=8мм, [s]=192 МПа, при
S=10 мм, [s]=184Пa;
- для стали Х18Н10Т,
-
МПа.
3.2. Гидростатическое давление столба сжиженного углекислого
газа определяется по формуле:
РГИДР=rЖ×НЖ×10-5=1128,7×0,99×10-5=0,011
МПа.
(5)
3.3. Динамическое давление на днище внутреннего сосуда
равно:
-
(6)
-
МПа.
3.4. Суммарное давление равно:
SР=РГИДР+РДИН=0,011+0,028=0,037 МПа.
что составляет от РMAX=2,0 МПа:
-
98
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
3.5. В соответствии с примечанием пункта 3.2.2. расчетное
давление принимаем:
РР=РMAX=2 МПа.
4. Расчет на прочность внутреннего сосуда и его элементов
4.1. Определяем толщину стенки обечайки внутреннего сосуда:
-
(7)
где:
С=t×П×10-3=12×0,05×10-3=0,6×10-3м,
(8)
j=0,95 - для сварки автоматической с ручной подваркой корня
шва.
-
м (7,2 мм).
Принимаем толщину стеной обечайки по сортаменту S = 0,008 м (8
мм).
4.2. Определяем толщину стенки днища сосуда
-
(9)
99
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Учитывая, что С1=15 % от толщины стенки сосуда, имеем:
-
если: R=D=1,2 м, j=0,95,
тогда:
-
м.
Принимаем толщину стенки днища Sд=0,01 м (10 мм)
4.3. Проверка прочности внутреннего сосуда от действия
внутреннего давления, вертикальных и горизонтальных нагрузок.
4.3.1. Определяем интенсивность вертикальных нагрузок.
-
(10)
где:
-
(11)
тогда:
100
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
-
Н/м.
Черт. 1
4.3.2. Определяем изгибающие
Приложение 1) под опорами.
моменты
(см.
черт.
1
-
Н×м.
(12)
4.3.3. Максимальный момент при
-
равен:
-
101
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
(13)
здесь:
тогда:
Н×м
4.3.4. Определяем напряжение изгиба в сечениях сосуда от
действия вертикальных нагрузок.
-
(16)
где:
W=0,785D2CP(S-C),
(17)
W=0,785×(1,208)2×(0,8×10-2-0,06×10-2)=0,0084 м3,
-
МПа.
4.3.5. Определяем напряжение в обечайке внутреннего сосуда в
окружном направлении от действия внутреннего давления.
-
(18)
-
102
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
МПа.
4.3.6. Определяем напряжение в обечайке внутреннего сосуда от
действия внутреннего давления в продольном направлении:
-
МПа.
(19)
4.3.7. Определяем напряжение, возникающее в стенках днища.
-
(20)
где:
С1=0,15Sд=0,0015 м
-
МПа.
4.3.8. Условие прочности обечайки внутреннего сосуда при
совместном действии внутреннего давления, вертикальных и
горизонтальных нагрузок проверяем по формулам:
sХ=s'Х+sИ£[s],
(21)
sХ=84,82+1,03=85,85 МПа,
85,85<192.
т.е. условие выполняется.
sу£[s],
(22)
103
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
sу=169,4 МПа, 169,4<192.
т.е. условие выполняется.
sд£[s],
(23)
sд=160,2 МПа, 160,2<184.
т.е. условие выполняется.
5. Расчет на прочность узлов крепления внутреннего сосуда
5.1. Расчет на прочность н определение необходимого усилия
затяжки растяжек сосуда (см. черт. 4)
5.1.1. Средняя температура изоляции равна:
-
К.
(25)
5.1.2. Средний радиус растяжки на дуге СД равен:
-
где: S=4×10-3 м - толщина растяжки,
тогда:
-
м.
5.1.3. Длина растяжки на участке СД равна:
104
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
-
м,
где: a2=42,5° - принято конструктивно.
5.1.4. Длина растяжки на участке ДЕ конструктивно равна:
l2=0,63 м.
5.1.5. Определяем уменьшение длины растяжки в результате
температурных деформаций.
DlP=aP[l1(TСБ-T)+l2(ТСБ(24)
ТСР)],
DlP=16,6×10-6[0,45(293-229)+0,63(293-266)],
DlP=0,76×10-3 м.
5.1.6. Перемещение центра "0" внутреннего сосуда при
температурных деформациях в результате уменьшения высоты
опор сосуда и диаметра обечайки равно:
DS=DZ1+DZ2.
(26)
Температурная усадка опоры сосуда будет равна:
DZ1=aОП×hОП(ТСБ-ТСР)×cosa,
(27)
DZ1=30×10-6×0,16(293-266)×0,8192=0,11×10-3 м,
где: hОП=0,16 м - конструктивная высота опоры.
Температурная усадка сосуда равна:
-
105
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
(28)
где: a=35°.
DH'=DCP[1-aC(TСБ-Т)]+S,
(29)
DH'=1,208[1-12×10-6(293-229)]+0,008=1,215 м,
-
(30)
-
a'=35°3',
-
Определяем величину DZ.
DZ=0,11×10-3+0,71×10-3=0,82×10-3 м.
5.1.7. Определяем уменьшение длины
результате температурных деформаций.
дуги
обечайки
DZ3=aC×l1(TСБ-T),
в
(31)
DZ3=12×10-6×0,45(293-229)=0,35×10-3 м.
5.1.8. Определяем общее изменение длины растяжки.
106
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Dl=DZ+DZ3-DlP,
(32)
Dl=0,82×10-3+0,35×10-3-0,76×10-3=0,41×10-3 м.
5.1.9. Определяем необходимое усилие затяжки растяжек для
компенсации температурных деформаций опор сосуда, обечайки
сосуда и растяжек.
-
(33)
где: fP=4×40=160 мм2=0,16×10-3 м2,
Е=1,95×105 МПа.
l=1,28 м - (конструктивная длина)
-
Н.
5.1.10. Определяем усилие,
динамических нагрузок.
возникающее
в
растяжке
от
-
(34)
-
Н.
107
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
5.1.11. Определяем предварительное усилие затяжки
ТПР=Тt+Тд,
(35)
ТПР=9994+9837,5=19851,5 Н.
5.1.12. Условие прочности растяжки проверяется по формуле:
sР=sд+st£[s]H,
(36)
тогда:
-
-
124<213,
т.е. условие прочности соблюдается.
5.2. Расчет на прочность опор внутреннего сосуда.
5.2.1. Проверку прочности опоры на сжатие производим по
формуле (41) при [s]СЖ=24 МПа.
-
(41)
где: fОП=b1×a1=0,2×0,12=0,024 м2,
108
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
b1=0,2 м; a1=0,12 м - принято конструктивно
-
(53)
K'д=2;
-
Н.
-
МПа,
4,5<24,
т.е. условие прочности выполняется.
5.2.2. Проверку прочности опоры по напряжениям изгиба
проверяем по формуле (42) при [s]и=29 МПа:
-
(42)
где:
-
109
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
м 3,
(44)
тогда:
-
МПа,
или 3,94<29,
т.е. условие прочности выполняется.
5.2.3. Проверку прочности опоры по касательным напряжениям
проверяем по формуле (45) при [t]=19 МПа:
-
,
(45)
-
МПа,
или: 0,82<19,
т.е. условие прочности выполняется.
6. Проверка устойчивости стенки внутреннего сосуда в местах
действия опор.
6.1.
Определяем
мембранное
продольное
напряжения в стенках внутреннего сосуда.
и
окружное
-
110
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
(51)
-
(54)
где: F=108276 Н;
-
(52)
-
(55)
коэффициенты
-
,
-
, l11 и l12 определены по графикам черт. 7, 8, 9 и 10 для величин:
-
DCP=D+S=1,2+0,008=1,208 м,
111
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
-
МПа;
-
МПа;
-
МПа,
(49)
-
МПа,
(50)
6.2. Определяем
формуле:
приведенное
мембранное
напряжение
по
-
(48)
-
МПа.
6.3. Определяем изгибное продольное и окружное напряжение
от действия опорного узла.
112
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
-
(57)
-
(59)
где:
-
(58)
-
(60)
коэффициенты
-
l13 и l14 определены по графикам черт. 11, 12, 13 и 14.
-
МПа.
113
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
-
МПа.
6.4. Определяем приведенное изгибное напряжение от действия
опорного узла по формуле:
-
(56)
-
МПа.
6.5. Проверяем условие устойчивости формы сосуда по формуле:
-
(47)
-
0,74<1,
т.е. условие выполняется.
7. Расчет на прочность кожуха цистерны
114
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
7.1. Расчет на прочность силовых колец кожуха.
7.1.1. По принятой схеме строповки (см. черт. 2 и черт. 3
Приложение 1) определяем силы, действующие на силовое кольцо
кожуха.
-
Н
(81)
Из треугольника O'AA' определяем:
-
-
-
м,
-
-
м,
тогда:
115
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
-
м.
-
-
Черт. 2
Черт. 3
7.1.2. Определяем величины сил Fy, P1y и P1X.
Fy=FZ×tga=19313×tg35°=19313×0,7=13520
H,
(63)
P1y=P1Z×tgy×sing=19313×0,577×0,6999=7800
H,
(64)
P1X=P1Z×tgy×cosg=19313×0,577×0,7143=7980
H,
(65)
где: y=30° - принято конструктивно по схеме строповки.
116
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
7.1.3. Определяем изгибающие моменты и растягивающие
усилия по формулам таблиц 5, 6 и 7.
В качестве примера определяем значения изгибающего момента
и растягивающего усилия при 0£q£a и a=35°; b=120°:
M'=P1Z×RКОЖ[0,3183(b×sinb+cosb-a×sina-cosasin2a×cosq+sin2b×cosq)-sinb+sina],
M'0°=P1Z×RКОЖ[0,3183(2,09×sin(90°+30°)+cos(90°+30°)-0,611×sin35°cos35°-sin235°×cos0°+sin2(90°+30°)×cos0°)-sin(90°+30°)+sin35°],
M'0°=19313×0,9[0,3183(2,09×cos30°-sin30°-0,611×sin35°-cos35°sin235°×cos0°+cos230°×cos0°)-cos30°+sin35°],
M'0°=19313×0,9[0,3183(2,09×0,866-0,5-0,611×0,5736-0,8192-(0,5736)2×1+(0,866)2
Н×м,
N'=P1Z[0,3183×cosq×(sin2b-sin2a)],
N'0°=19313[0,3183×cos0°×(sin(90°+30°)-sin235°)],
N'0°=19313[0,3183×cos0°×(cos30°-sin235°],
N'0°=19313[0,3183×1×(0,866-0,57362)]=3300 Н.
Результаты расчетов остальных значений изгибающих моментов
и растягивающих усилий представлены в таблице 1 Приложение 1.
7.1.4. По результирующим значениям изгибающих моментов и
растягивающих усилий (Таблица 1, Приложение 1) строим
диаграмму, представленную на черт. 4.
7.1.5. Проверяем прочность силового кольца кожуха по условию:
-
,
(66)
Материал кольца - Сталь ст. 3 [s]=140 МПа.
117
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Конструктивно кольцо выполнено из швеллера № 10 по ГОСТ
8240-72 и полосы с размерами 5´250.
Определяем ZКОЛ и JКОЛ.
-
см,
(67)
JКОЛ=Jn+Fn×Z2n+FШ×Z2Ш+JШ,
(68)
JКОЛ=0,25+12,5×1,592+10,9×1,822+20,4=88,4 см4.
Определяем WКОЛ и fКОЛ.
-
(69)
Таблица 1
Расчет
изгибающих моментов и растягивающих сил
№№
Условие
п/п
1.
Уравнение
Един.
изм.
Значения угла
0°
30°
35°
0£q£a M'=P1Z×RКОЖ[0,3183(b×sinb+cosb-a×sina- Н×м -1977 -2290 -2400
a=35°,
cosa-sin2a×cosq+sin2b×cosq)-sinb+sina]
b=120°
118
60°
90°
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
2.
a£q£b M'=P1Z×RКОЖ[0,3183(b×sinb+cosb-a×sinaa=35°,
cosa-sin2a×cosq+sin2b×cosq)-sinb+sinq]
b=120°
-"-
3.
b£q£p M'=P1Z×RКОЖ[0,3183(b×sinb+cosb-a×sinab=120°
cosa-sin2a×cosq+sin2b×cosq)]
-"-
4.
0£q£a M''=P1У×RКОЖ[0,3183(sina-a×cosa+a×cosqa=120°
sina×cosa×cosq)-cosq+cosa]
-"-
5.
a£q£p M''=P1У×RКОЖ[0,3183(sina-a×cosa+a×cosqa=120°
sina×cosa×cosq)]
-"-
6.
0£q£a
a=35°
7.
1940 3105
632
447
387
-46
-748
191
730
560
289
M'''=FУ×RКОЖ[0,3183(sina-a×cosa+a×cosqsina×cosa×cosq)-cosq+cosa]
-"-
-1368
SM=M'+M''+M'''
-"-
-2713 -1652 -1283 2454 2646
3300
8.
0£q£a
a=35°,
b=120°
N'=P1Z[0,3183×cosq×(sin2b-sin2a)]
Н
9.
a£q£b
a=35°,
b=120°
N'=P1Z[0,3183×cosq×(sin2b-sin2a)+sinq]
-"-
10.
b£q£p
a=35°,
b=120°
N'=P1Z[0,3183×cosq×(sin2b-sin2a)]
-"-
11.
0£q£a
a=120°
N''=P1У[0,3183×(a-sina×cosa)-1]×cosq
-"-
2860
2704
18016 1931
1536
1330
1258
119
768
0
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
12.
a£q£p
a=120°
N''=P1У[0,3183×(a-sina×cosa)×cosq]
-"-
13.
0£q£a
a=35°
N'''=FУ[0,3183×(a-sina×cosa)-1]×cosq
-"-
14.
a£q£p
a=35°
N'''=FУ[0,3183×(a-sina×cosa)×cosq]
-"-
SN=N'+N''+N'''
-"-
15.
-12917 -11186 -10582
301
-8081 -6996 -6620 19085 1931
FКОЛ=FП+FШ=12,5+10,9=23,4 см2=23,4×10-4 м2
-
МПа,
или
0
64,8<140,
т.е. условие прочности выполняется.
120
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Черт. 4
7.2. Проверка на устойчивость цилиндрической формы кожуха
производится по формуле:
sСЖ£sКР.
(70)
7.2.1. Определяем критическое напряжение в кожухе:
-
(71)
В съемной цистерне ЦЖУ-3,0-2,0 в качестве шпангоутов служат
силовые кольца кожуха, размеры которых приведены в п. 7.10
настоящего приложения, а в качестве стрингеров - равнобокие
угольники размерами 36´36´4 по ГОСТ 8509-72.
Зная, что:
-
121
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
м,
(73)
имеем:
-
м.
(72)
Момент инерции сечения силового кольца - шпангоута вместе
с обшивкой кожуха (см. черт. 5) определим как для сложного
сечения по формуле:
JШП=JКОЛ+FКОЛ×Z2КОЛ+Jd+Fd×Z2d.
(76)
Черт. 5
определяем:
-
см,
где:
FКОЛ=FШ+Fn=10,9+12,5=23,4 см2,
Fd=(250+2×15d)×d×10-2=(250+30×1,6)×1,6×10-2=4,77 см2,
Z2=ZКОЛ.MAX+d=1,84+0,16=2 см,
Z''n=0,5d=0,5×1,6=0,8 мм=0,08 см,
ZКОЛ=Z2-Z0=2-1,67=0,33 см,
122
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Zd=Z0-Z''n=1,67-0,08=1,59 см,
-
см4,
(77)
а3=160 см - принято конструктивно.
JШП=88,4+23,4×0,33+0,0018+4,77×1,592=103,01 см4,
-
МПа×м,
(74)
-
МПа.
7.2.2. Определяем сжимающие напряжения в кожухе
-
(80)
-
МПа
21,9<<8012.
т.е. условие
выполняется.
устойчивости
цилиндрической
формы
кожуха
123
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
7.3. Проверка на прочность опор кожуха.
7.3.1. Определяем сжимающие напряжения в ребрах (черт. 6
Приложения 1) опор.
-
МПа,
(83)
-
Н.
-
Н/м,
(84)
fОП. КОЖ=(202+292+250)×8=5952 мм2=0,005952 м2.
Черт. 6
7.3.2. Условие прочности ребер имеет вид:
sСЖ£[s]Р.КР.
(85)
124
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
7.3.3. Определяем критическое напряжение в ребрах опор
кожуха.
-
МПа.
(88)
7.3.4. Определяем допускаемое напряжение в ребрах опор
кожуха.
-
МПа,
(87)
15,34<73,
т.е. условие устойчивости ребер опор кожуха выполняется.
8. Тепловой расчет.
8.1. Определяем теплоприток через изоляцию:
-
(92)
где:
-
К,
(93)
F1=FОБ+2FДН-SFОП,
125
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
FОБ=p×DH×LОБ=3,14×1,216×2,2=8,4 м2,
FДН=1,71 м2 (по справочнику),
SFОП=n5×a1×b1=4×0,12×0,2=0,096 м2,
F1=8,4+2×1,71-0,096=11,7 м2,
-
-
м 2,
F2=19+2×2,5-0,096=23,9 м2,
-
Вт.
8.2. Определяем теплоприток через поры и растяжки.
-
-
Вт,
-
126
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
-
Вт.
8.3. Определяем теплоприток по трубам.
-
где: FTP1=0,000572 м2 - площадь поперечного сечения трубы
34´3,5.
FTP2=FTP1==0,000572 м2 - площадь поперечного сечения
трубы 45´3,5,
lTP1=2,77 м, lTP2=3,135 м, lTP3=0,83 м,
-
Вт,
-
Вт,
-
Вт,
QTP=QTP1+QTP1+QTP3=0,2+0,18+1,35=1,83 Вт.
127
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
8.4. Определяем общий теплоприток к сжиженному углекислому
газу.
QОБЩ=QИЗ+SQi,
(91)
QОБЩ=164+8,4+0,49+1,83=175 Вт.
8.5. Определяем время хранения сжиженного углекислого газа в
изотермическом резервуаре.
-
(95)
где:
Q=GЖ(iK-iH)×4,19×103×10-1
(96)
4,19×103 - переводной коэффициент ккал в Дж.
-
Дж,
-
ч.
8.6. Определяем среднесуточный прирост давления в резервуаре
-
128
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
(97)
или
0,126<0,13,
где: 0,13 МПа - суточный прирост давления для цистерн типа
ЦЖУ-3,0-2,0 по ГОСТ 19662-74.
Таким образом цистерна ЦЖУ-3,0-2,0 имеет
изоляцию к отвечает параметрам ГОСТ 19662-74.
достаточную
9. Расчет крепления резервуара на транспортном, средстве
9.1. Необходимая сила затяжки болтового соединения равна:
-
Н
n=1,8, m=0,2, n3=16 болтов (Æ16 мм).
9.2. Проверяем болт по условию прочности:
-
где:
-
м 2,
-
МПа,
129
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
где: для стали 40´[s]d=175 МПа,
или
144<175,
т.е. условие прочности выполняется.
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Справочное
Пример расчета
предохранительного клапана
для резервуара типа
НЖУ-50,0-2,0
Исходные данные:
PКР=7,29 МПа
ТП.О=255,9 К
L1=3,2 м
GП.Ч=37,3 Н
В1=0,472
bЧ=1,0×103 м
r'П.О=59,2 кг/м3
dCP=21×10-3 м
rП.О=56,5 кг/м3
Pmax1=2,2 МПа
ТКР=304,3 К
Максимальное газообразование сжиженного углекислого газа в
резервуаре при условии максимального теплопритока (отсутствие
изоляции) составляет - 900 кг/час.
130
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
1. Пропускная способность клапана с учетом 10 % превышения
рабочего давления в резервуаре должна быть не менее:
G'КЛ=1,1×900=990 кг/ч=0,275 кг/сек
2. Определяем потери давления в подводящем трубопроводе и
давление полного открытия клапана.
Известно:
при РР£6,0 МПа, DРТР£0,06 РР,
при РР>6,0 МПа, DРТР£0,04 РР,
тогда:
DРТР=0,06×20=0,12 МПа (1,2
-
),
принимаем
DРТР=0,1 МПа (1,0
-
),
Тогда:
РП.О=Рmax1-DРТР=2,2-0,1=2,1 МПа (21
-
),
или:
2,0<2,1<2,2,
что соответствует условию:
РУСТ<РП.О<1,1РР.
3. Определяем приведенное давление перед предохранительным
клапаном.
-
131
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
(109)
4.
Определяем
приведенную
предохранительным клапаном.
температуру
перед
-
(109)
5. Определяем
графику черт. 22.
величину
коэффициента
сжимаемости
по
Для значений p1=0,3018 и t=0,84 коэффициент сжимаемости
x=0,75.
6.
Определяем
эквивалентное
предохранительного клапана по формуле:
проходное
сечение
-
(107)
-
Ф=36×10-6 м2 (36 мм2),
здесь: e*=0,5 - определен по графику черт. 21, для значения
-
132
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
(108)
7. Определяем размеры предохранительного клапана, принимая
-
По характеру подъема замыкающего органа, рассчитываемый
клапан относится к полноподъемным клапанам.
8. Определяем
клапана.
8.1. Принимаем
размеров:
расчетную
площадь
следующие
узкого
соотношения
сечения
седла
конструктивных
d3=(1,5...2,5)dC,
8.2. Коэффициент расхода определяем по графику черт. 23.
Для значений: h/dC=0,4 и d3/dC=2,5
Значение коэффициента расхода aКЛ=0,79.
Тогда:
-
м2, (45,6 мм2).
9. Определяем расчетный
предохранительного клапана.
диаметр
узкого
сечения
седла
-
133
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
м,
(105)
dC=7,62 мм.
10.
Опыт
эксплуатации
установил,
что
применять
предохранительные клапаны с диаметром прохода седла менее 12
мм не рекомендуется.
По конструктивным соображениям принимаем диаметр узкого
сечения седла клапана dC=15 мм=15×10-3 м.
11. Определяем площадь сечения принятого диаметра седла
клапана.
-
м 2,
(110)
12. Определяем высоту подъема золотника и выходной диаметр
седла клапана.
h=0,4dC=0,4×15×10-3=6×10-3 м,
d'C - принимаем конструктивно равным dC,
или:
d'C=dC=15×10-3 м.
13. Проверяем пропускную способность клапана по формуле
Правил устройства и эксплуатации сосудов, работающих под
давлением, утвержденных Госгортехнадзором СССР.
При этом должно выполняться условие:
GКЛ³G'КЛ,
Имеем:
-
134
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
(112)
-
-
Таким образом:
1,02>0,275,
или
GКЛ>G'КЛ,
т.е. условие выполняется.
14. Определяем давление в трубопроводах
14.1. Конструктивно диаметр подводящего
трубопроводов принимаем равным:
и
отводящего
d1=d2=50 мм=50×10-3 м.
14.2. Определяем коэффициент местных сопротивлений.
xТР=x1+x2+x3+x4+x5+x'ТР,
где:
-
-
(см. табл. 10)
135
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
или
-
-
коэффициенты x1, x2, x3, x4, x5 определены по таблице 10.
Тогда:
14.3.
Определяем
трубопровода.
xТР=1,3+1,3+0,5+0,295+0,5+10,36=14,26.
приведенную
длину
подводящего
-
м,
(116)
15. Определяем площадь сечения подводящего трубопровода.
-
м 2.
(119)
16. Определяем скорость углекислого газа в конце входного
трубопровода при полностью открытом клапане.
-
136
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
м/сек.
(118)
17. Определяем критическую скорость в трубопроводах
-
(115)
-
м/сек.
18. Определяем скоростной коэффициент в выходном сечении
трубопровода.
-
(117)
19. Скоростной коэффициент во входном сечении трубопровода
определяем по графику черт. 24 в зависимости от L'=16,2 м и
lВЫХ=0,012.
В рассматриваемом случае скоростной коэффициент определен
на основании характера зависимостей, отраженных на черт. 24 и
принят равным:
lВЫХ=0,012.
20. Определяем максимальную скорость газа во входном сечении
подводящего трубопровода.
сек.
umax=lВЫХ×аТР=0,012×733=8,80 м/
(114)
137
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
21. Определяем максимальное фактическое давление во входном
сечении подводящего трубопровода.
-
(113)
-
РMAX.Ф=2,04 МПа.
В связи с тем, что РMAX.Ф<РMAX.1, то пересчет диаметра
трубопровода в сторону увеличения производить не следует.
22. Расчет пружин клапана.
22.1. По графику черт. 27 определяем коэффициент давления
потока:
gMAX=2,18,
для следующих значений:
-
-
-
138
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
-
22.2. Определяем усилие сжатия пружины при полном открытии
клапана:
-
(131)
-
Н.
22.3. Определяем усилие пружины закрытого клапана.
-
(129)
-
Н.
22.4. Определяем жесткость пружины
-
139
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Н/м,
(132)
22.5 Определяем прогиб пружины при закрытом клапане.
-
м.
(133)
22.6. Определяем прогиб пружины клапана при открытом
клапане.
l6=l5+hMAX=0,46×10-2+0,6×10-2=1,06×10-2
м,
(134)
23. Определяем усилие уплотнения, предполагая, что золотник
конструктивно выполнен из металла, а уплотняющая часть седла
из фторопласта.
При этом должно выдерживаться следующее условие:
qУПЛ³qMIN
здесь:
-
,
(128)
-
(124)
DlГ=10-9m(17-0,2dCP)(qmin)n,
(125)
140
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
qmin=0,2(3+0,2PP)=0,2(3+0,2×2)=0,68
МПа,
(122)
где:
-
(126)
n=1,1rC+2,8=1,1×1,09+2,8=4
(127)
тогда:
м,
-
-
МПа,
или:
0,78>0,68,
т.е. условие qУПЛ>qMIN выполняется.
24. Определяем давление на уплотняющую кромку при условии
отсутствия давления перед клапаном.
При этом должно выдерживаться следующее условие:
qВН£sТ,
Имеем:
для фторопласта 4
sТ=12,7 МПа
141
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
-
(130)
-
МПа,
или: 7,03<12,7,
т.е. условие qВН<sТ соблюдается.
142